電子儀器測(cè)量第6章時(shí)域測(cè)量

1、泰克：示波器的世界標(biāo)準(zhǔn)泰克：示波器的世界標(biāo)準(zhǔn) 第六章第六章 時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理 通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 數(shù)字示波器的組成原理數(shù)字示波器的組成原理、信號(hào)采集處理技術(shù)、信號(hào)采集處理技術(shù)、特性與功能特性與功能三種圖示式儀器三種圖示式儀器：時(shí)域時(shí)域示波器示波器、頻域頻域頻譜儀、數(shù)據(jù)域頻譜儀、數(shù)據(jù)域邏輯分析儀邏輯分析儀。 T T圖圖6.1 6.1 調(diào)頻波頻譜圖調(diào)頻波頻譜圖F FU U調(diào)制域調(diào)制域頻域頻域時(shí)域時(shí)域一一 基

2、礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1 1 示波器的功用示波器的功用1. 1. 示波器是一種基本的、示波器是一種基本的、應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。2. 2. 是一種是一種全息儀器全息儀器。示波器能讓人們觀察到信號(hào)波形的全貌，。示波器能讓人們觀察到信號(hào)波形的全貌，能測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期等基本參量，能測(cè)量脈沖信能測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期等基本參量，能測(cè)量脈沖信號(hào)的脈寬、占空比、上升（下降）時(shí)間、上沖、振鈴等參數(shù)，號(hào)的脈寬、占空比、上升（下降）時(shí)間、上沖、振鈴等參數(shù)，還能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的時(shí)間和相位關(guān)系。這些功能是其它電子還能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的時(shí)間和相位關(guān)系。這些功能是其它電子儀器難以勝任的。儀

3、器難以勝任的。 3. 3. 示波器從早期的示波器從早期的定性觀測(cè)定性觀測(cè)，已發(fā)展到可以進(jìn)行，已發(fā)展到可以進(jìn)行精確測(cè)量精確測(cè)量。4. 4. 示波器是其它示波器是其它圖式儀器的基礎(chǔ)圖式儀器的基礎(chǔ)。對(duì)掃頻儀、頻譜儀、邏輯。對(duì)掃頻儀、頻譜儀、邏輯分析儀以及醫(yī)用分析儀以及醫(yī)用B B超等各種圖示儀器就容易理解了。超等各種圖示儀器就容易理解了。2 2 示波器的分類示波器的分類當(dāng)前常用的示波器從技術(shù)原理上可分為：當(dāng)前常用的示波器從技術(shù)原理上可分為： （1 1）模擬式模擬式通用示波器通用示波器（采用單束示波管實(shí)現(xiàn)顯示，當(dāng)前（采用單束示波管實(shí)現(xiàn)顯示，當(dāng)前 最通用的示波器）。最通用的示波器）。 （2 2）數(shù)字式數(shù)字

4、式數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器（采用（采用A/DA/D、DSPDSP等技術(shù)實(shí)現(xiàn)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化示波器）。的數(shù)字化示波器）。（1 1）中、低檔示波器，帶寬在中、低檔示波器，帶寬在60MHz60MHz以下以下。 （2 2）高檔示波器，帶寬在高檔示波器，帶寬在60MHz60MHz以上，大多在以上，大多在300MHz300MHz以下。以下。 更高檔的有更高檔的有1GHz1GHz2GHz2GHz以上。以上。 從性能上，按示波器的帶寬可分為：從性能上，按示波器的帶寬可分為： 3 3 示波器的組成示波器的組成 Y Y（垂直）通道（垂直）通道：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和：由探頭、衰減器、前置放大器

5、、延遲線和輸出放大器組成，實(shí)質(zhì)上是個(gè)多級(jí)寬頻帶、高增益放大器，輸出放大器組成，實(shí)質(zhì)上是個(gè)多級(jí)寬頻帶、高增益放大器，主要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行不失真的線性放大，以保證示波器的測(cè)主要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行不失真的線性放大，以保證示波器的測(cè)量靈敏度。量靈敏度。X X（水平）通道（水平）通道：由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和水平輸出放大器：由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和水平輸出放大器組成，主要產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相適應(yīng)的掃描鋸齒波。組成，主要產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相適應(yīng)的掃描鋸齒波。顯示屏顯示屏：主要由陰極射線管組成，：主要由陰極射線管組成，常以常以CRT (Cathode Ray Tube)CRT (Cathode Ray Tube)表示，通

6、常稱為示波管。當(dāng)前以表示，通常稱為示波管。當(dāng)前以光點(diǎn)和光柵方式作顯示屏的主要光點(diǎn)和光柵方式作顯示屏的主要采用示波管。另外，平板顯示屏采用示波管。另外，平板顯示屏是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是液晶顯示屏（液晶顯示屏（LCDLCD）已經(jīng)應(yīng)用于）已經(jīng)應(yīng)用于示波器了。示波器了。 Y(Y(垂直垂直) )通通 道道X(X(水平水平) )通通 道道電源電源圖圖6.2 6.2 示波器的基本組成示波器的基本組成顯示屏顯示屏二二 顯示屏顯示屏示波管示波管CRT靜電偏轉(zhuǎn)靜電偏轉(zhuǎn)：光點(diǎn)軌跡顯示光點(diǎn)軌跡顯示磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)：光柵增輝顯示顯示磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)：光柵增輝顯示顯示被動(dòng)發(fā)光：被動(dòng)發(fā)光： 液晶屏液晶屏L

7、CD+ +背光板背光板平板顯示平板顯示FPD主動(dòng)發(fā)光主動(dòng)發(fā)光液晶屏液晶屏TFT熒光屏熒光屏VFD等離子等離子PDP發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED場(chǎng)致發(fā)射場(chǎng)致發(fā)射FED電致發(fā)光電致發(fā)光EL板板 顯示屏的種類顯示屏的種類 當(dāng)前用于示波器的主要是：示波管、當(dāng)前用于示波器的主要是：示波管、TFTTFT液晶屏及熒光屏液晶屏及熒光屏VFDVFD。本節(jié)著重介紹當(dāng)前應(yīng)用最廣的。本節(jié)著重介紹當(dāng)前應(yīng)用最廣的示波管示波管和和TFTTFT液晶屏液晶屏。 1 1 示波管（示波管（CRTCRT） 示波管屬于電真空器件，又稱為示波管屬于電真空器件，又稱為陰極射線管（陰極射線管（CRTCRT）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3

8、V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1輔助聚焦后加速極后加速極A315KV電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管圖6.3 陰極射線示波管Z Z軸軸蘭色：電力線蘭色：電力線紅色：等位面紅色：等位面（1 1） 電子槍電子槍電子槍的作用是電子槍的作用是發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束。它由以下幾部分組成：它由以下幾部分組成： 1.1.燈絲燈絲FF在交流低壓在交流低壓( (如如6.3V)6.3V)下使鎢絲燒熱下使鎢絲燒熱, ,用于加熱陰極。用于加熱陰極。2.2.陰極陰極KK是一個(gè)表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）

9、是一個(gè)表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）的金屬的金屬 3.3.第一柵極第一柵極G1G1調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G1G1的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。面板上供使用。 當(dāng)控制信號(hào)加于當(dāng)控制信號(hào)加于G1G1，其，其亮度亮度可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的Z Z軸軸電路。電路。4.4.第二柵極第二柵極G2G2隔離開(kāi)隔離開(kāi)G1G1和和A1A1，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。5.5.第一陽(yáng)極第一陽(yáng)極A1A1與第二陽(yáng)極與第二陽(yáng)極A2A2構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，

10、對(duì)電子束起構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，對(duì)電子束起聚焦聚焦作用。作用。 6.6.第二陽(yáng)極第二陽(yáng)極A2A2是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與A1A1構(gòu)成構(gòu)成電子透鏡。電子透鏡。 7.7.第三陽(yáng)極第三陽(yáng)極A3A3具有上萬(wàn)伏的高壓，用于對(duì)電子束加速，故也稱具有上萬(wàn)伏的高壓，用于對(duì)電子束加速，故也稱后加速后加速陽(yáng)極陽(yáng)極。 （2 2）. . 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1 1靜電偏轉(zhuǎn)靜電偏轉(zhuǎn)-光點(diǎn)法光點(diǎn)法-用干示波器用干示波器2.2.磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)-光柵法光柵法-用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。2yyyaLsyUh UbU圖圖6.4 6.4 電

11、子束的偏轉(zhuǎn)電子束的偏轉(zhuǎn)L LS SY YU Uy yU Ua a屏幕屏幕電子束電子束A A2 22yyyaLsyUh UbU比例系數(shù)稱為示波管的偏轉(zhuǎn)比例系數(shù)稱為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為因數(shù)，單位為cm/Vcm/V，它的倒，它的倒數(shù)數(shù)DDy y1 1h hy y稱為示波管的偏稱為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為轉(zhuǎn)靈敏度，單位為V/cmV/cm。偏。偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參數(shù)數(shù)。（3 3） 熒光屏熒光屏在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的轟擊動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，產(chǎn)生亮點(diǎn)。轟擊動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，產(chǎn)生亮點(diǎn)。 余輝時(shí)間

12、余輝時(shí)間：當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在屏上保持：當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在屏上保持一定的時(shí)間才消失。從電子束移去到光點(diǎn)：亮度下降為原始值一定的時(shí)間才消失。從電子束移去到光點(diǎn)：亮度下降為原始值的的1010，所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間，所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間 小于小于10s10s的為極短余輝；的為極短余輝； 不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣：不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣：10s10s1ms1ms為短余輝（通常是為短余輝（通常是藍(lán)色藍(lán)色，便于攝影感光）；，便于攝影感光）；1ms1ms0.1s0.1s為中余輝（通常為為中余輝（通常為綠色綠色，眼睛不易疲勞）；，眼睛不易疲勞）； 0.1s0.1

13、s1s1s為長(zhǎng)余輝（通常是為長(zhǎng)余輝（通常是黃色黃色）；）；大于大于1s1s為極長(zhǎng)余輝（通常是為極長(zhǎng)余輝（通常是黃色黃色）。）。三、三、波形顯示原理波形顯示原理1 1 顯示隨時(shí)間變化的圖形顯示隨時(shí)間變化的圖形 （1 1）. .光點(diǎn)掃描顯示原理光點(diǎn)掃描顯示原理 光點(diǎn)位置控制：光點(diǎn)位置控制：( (示波管熒光屏示波管熒光屏) )u uy yY Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t1 13 30 02 2 4 4(a)(a)(b)(b)t tX X2 2X X1 10 00 0u ux xT Ts sT Tn n+ + + + + + +- - - - - - - - - - - -

14、 - -+ + + + + + +光點(diǎn)在合力作用下移動(dòng)光點(diǎn)在合力作用下移動(dòng). .（2 2）. .信號(hào)與掃描電壓的同步信號(hào)與掃描電壓的同步u uy y1 12 23 34 40 0t tT Ts su ux xu uy yu ux xX X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t0 0T Tn n1 12 23 34 40 0圖圖6.6 6.6 掃描過(guò)程掃描過(guò)程u uy yT Ts sT Tn nt t0 01 13 35 57 79 910108 86 64 42 20,80,81,91,95 53 37 7210210 4124126 68 81 1t

15、tu ux x2 25 57 79 91 12 23 33 34 44 45 56 66 67 710108 8圖圖6.7 6.7 掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步同步同步：T Tn n/T/TS S=n=nN=1N=1，2 2，波形穩(wěn)定波形穩(wěn)定若顯示兩個(gè)正弦波怎么辦？若顯示兩個(gè)正弦波怎么辦？（3 3）. .連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描連續(xù)掃描：一開(kāi)機(jī)就有掃描線，一開(kāi)機(jī)就有掃描線，來(lái)信號(hào)同步后波形來(lái)信號(hào)同步后波形才穩(wěn)定。才穩(wěn)定。觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描：一開(kāi)機(jī)沒(méi)有掃描線，一開(kāi)機(jī)沒(méi)有掃描線，來(lái)信號(hào)觸發(fā)后波形來(lái)信號(hào)觸發(fā)后波形才穩(wěn)定。才穩(wěn)定。T Ts st tt tt tt tu

16、 uy yu ux xu ux xu ux xT Tn nT Tn n圖圖6.9 6.9 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較1mS1mS1S1S9999992 2 顯示兩個(gè)變量之間的關(guān)系顯示兩個(gè)變量之間的關(guān)系E EU UE EV V長(zhǎng)度：飽和度長(zhǎng)度：飽和度角度：色調(diào)角度：色調(diào)U Ux x和和U Uy y配合起來(lái)，即能夠畫(huà)出任意的波形。配合起來(lái)，即能夠畫(huà)出任意的波形。利用這種特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€(gè)利用這種特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€(gè)XYXY圖示儀圖示儀。1.1.李薩如圖形：校準(zhǔn)頻率指示李薩如圖形：校準(zhǔn)頻率指示2.2.邏輯分析儀：邏輯分析儀：0 0、1 1顯示顯示3.3.矢量示波器

17、：色坐標(biāo)矢量示波器：色坐標(biāo)四四 通用示波器通用示波器1 1 通用示波器的組成通用示波器的組成通用示波器是指示波器中應(yīng)用最廣泛的一種，它通常泛指采用通用示波器是指示波器中應(yīng)用最廣泛的一種，它通常泛指采用單束示波管、除取樣示波器及專用或特殊示波器以外的各種示單束示波管、除取樣示波器及專用或特殊示波器以外的各種示波器。波器。 圖圖6.19 6.19 通用示波器的主要組成框圖通用示波器的主要組成框圖6.4.2 6.4.2 示波器的示波器的Y(Y(垂直垂直) )通道通道示波器的示波器的Y Y通道的任務(wù)是將被觀測(cè)的信號(hào)盡量不失真地加到示通道的任務(wù)是將被觀測(cè)的信號(hào)盡量不失真地加到示波管波管Y Y偏轉(zhuǎn)板上。偏

18、轉(zhuǎn)板上。 1.1.探頭（探極）與耦合探頭（探極）與耦合作用作用提高輸入阻抗作用提高輸入阻抗作用減小外界干擾減小外界干擾提高可測(cè)測(cè)電壓幅度提高可測(cè)測(cè)電壓幅度分類分類無(wú)源電壓探頭無(wú)源電壓探頭有源電壓探頭有源電壓探頭有源電流探頭有源電流探頭注意：注意：探頭不能張冠李戴，必須配對(duì)使用探頭不能張冠李戴，必須配對(duì)使用。否則。否則300MHz300MHz帶帶寬的示波器可能不到寬的示波器可能不到50MHz50MHz的效果。的效果。 1)1)無(wú)源電壓探頭無(wú)源電壓探頭20pF20pF示波器示波器180pF180pF探頭探頭圖圖6.20 6.20 通用示波器探極原理圖通用示波器探極原理圖輸入電阻：輸入電阻：1M10

19、M1M10M輸入電容：輸入電容：180pF18pF180pF18pF展寬了頻帶展寬了頻帶分壓比：分壓比：10101 1擴(kuò)展示波器的量程上限擴(kuò)展示波器的量程上限附加一個(gè)附加一個(gè)RLCRLC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，把工作頻率上限提高到了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，把工作頻率上限提高到了300300MHzMHz以上。以上。 圖圖6.22 6.22 帶有阻抗匹配時(shí)的無(wú)源探頭帶有阻抗匹配時(shí)的無(wú)源探頭圖圖6.23 6.23 源極跟隨器式探頭的基本電路源極跟隨器式探頭的基本電路2)2)耦合耦合c cACACDCDC50 50 1M1M1M1M地地20p20p730pf730pf. .1001001k1k10k10k100k100k

20、1M1Mf f1KHz1KHz 10K 10K 100K 100K 1M 1M 10M 10M 100M 100M 10M 10M 50 50 2.2.輸入衰減器輸入衰減器 圖圖6.24 6.24 輸入衰減器原理示意圖輸入衰減器原理示意圖u ui iu uo oC C1 1C C2 2R R1 1R R2 2對(duì)于直流或低頻情況：對(duì)于直流或低頻情況： 212oiuRuRR對(duì)于高頻情況對(duì)于高頻情況 212oiuZuZZ當(dāng)滿足當(dāng)滿足 R R1 1C C1 1= =R R2 2C C2 2 能在很寬頻率范圍得到最佳補(bǔ)償，使信號(hào)不失真。能在很寬頻率范圍得到最佳補(bǔ)償，使信號(hào)不失真。 R R1 1C C1

21、1=R=R2 2C C2 2R R1 1C C1 1RR2 2C C2 2R R1 1C C1 1Rttb b（釋抑放電時(shí)間大釋抑放電時(shí)間大于回掃時(shí)間于回掃時(shí)間）圖圖6.32 6.32 比較和釋抑電路的工作比較和釋抑電路的工作U UP Pu uo ou ui it tp pt tw w實(shí)用中只要選定實(shí)用中只要選定s/cms/cm，掃描環(huán)則會(huì)自動(dòng)掃出，掃描環(huán)則會(huì)自動(dòng)掃出合適的時(shí)基線。（不必調(diào)合適的時(shí)基線。（不必調(diào)T Tn n/T/TS S=n=n同步了）同步了）圖圖6.33 6.33 在連續(xù)掃描情況下，比較和釋抑電路的工作在連續(xù)掃描情況下，比較和釋抑電路的工作t t1 1t t2 2t t4 4

22、t t5 5t t1 1t t3 3C Ch h充充U Ur r5)5)連續(xù)掃描狀連續(xù)掃描狀態(tài)態(tài)予置：予置：E E0 0EE1 1環(huán)路自激環(huán)路自激C Ch h放電至放電至E E1 1打開(kāi)閘門(mén)，掃描開(kāi)始，打開(kāi)閘門(mén)，掃描開(kāi)始，到到U Up p ，C Ch h充電，到充電，到E E2 2掃描結(jié)束，掃描結(jié)束，C Ch h又放電。又放電。當(dāng)有信號(hào)（當(dāng)有信號(hào)（2 2號(hào)觸發(fā)脈號(hào)觸發(fā)脈沖）則環(huán)路被信號(hào)所沖）則環(huán)路被信號(hào)所同步。同步。6)6)結(jié)論：結(jié)論： E E0 0調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)觸發(fā)掃描：觸發(fā)掃描：E E1 1E E0 0EE2 2-常態(tài)常態(tài)連續(xù)掃描：連續(xù)掃描：E E0 0EE1 1EE2 2-自動(dòng)、高頻自動(dòng)、高頻

23、外觸發(fā)掃描：外觸發(fā)掃描： E E0 0E30MHz30MHz120MHz120MHz20MHz 20MHz 3000MHz3000MHz6MHz6MHz38MHz38MHz501000MHz501000MHz500MHz 示波器示波器60MHz示波器示波器100MHz示波器示波器350MHz示波器示波器50MHz的方波實(shí)際上看起來(lái)是什么樣呢的方波實(shí)際上看起來(lái)是什么樣呢?沒(méi)有足夠帶寬的影響沒(méi)有足夠帶寬的影響:波形上升時(shí)間慢波形上升時(shí)間慢幅度有衰減幅度有衰減6.5 6.5 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 以上介紹的通用示波器是以上介紹的通用示波器是“實(shí)時(shí)示波器實(shí)時(shí)示波器”，測(cè)量時(shí)

24、間，測(cè)量時(shí)間( (一個(gè)掃一個(gè)掃描正程描正程)=)=被測(cè)信號(hào)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間，被測(cè)信號(hào)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間，看到的就是正發(fā)生的看到的就是正發(fā)生的。 但有兩點(diǎn)不足但有兩點(diǎn)不足:1. :1. B BWW 1500MHz 1500MHz周期重復(fù)信號(hào)難以實(shí)現(xiàn)周期重復(fù)信號(hào)難以實(shí)現(xiàn)取樣取樣 2. 2. 單次、非周期信號(hào)單次、非周期信號(hào)難以觀測(cè)（拍照）難以觀測(cè)（拍照）存儲(chǔ)存儲(chǔ) B BWW再提高受到下列因素的限制：再提高受到下列因素的限制：（1 1）受到示波管的上限工作頻率的限制。）受到示波管的上限工作頻率的限制。（2 2）受）受Y Y通道放大器帶寬的限制；通道放大器帶寬的限制；(3) (3) 受時(shí)基電路掃描速度的限制

25、。受時(shí)基電路掃描速度的限制。 6.5.1 6.5.1 取樣示波器的基本原理取樣示波器的基本原理 1.1.實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣 取樣的概念取樣的概念是以少量間斷的樣品表征一個(gè)連續(xù)的完整過(guò)程。是以少量間斷的樣品表征一個(gè)連續(xù)的完整過(guò)程。例如，電影、數(shù)字音視頻技術(shù)都是建立在取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上的。例如，電影、數(shù)字音視頻技術(shù)都是建立在取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上的。 同理，欲觀察一個(gè)波形，可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示，同理，欲觀察一個(gè)波形，可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示，也可以在這個(gè)波形上取很多的取樣點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散也可以在這個(gè)波形上取很多的取樣點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散波形，只要取樣點(diǎn)

26、數(shù)足夠多，滿足取樣定理的要求，顯示這些波形，只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多，滿足取樣定理的要求，顯示這些離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。上述取樣方法叫離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。上述取樣方法叫“實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣”。取樣信號(hào)。取樣信號(hào)u uo o( (t t) )的的頻譜比原信號(hào)頻譜比原信號(hào)u ui i( (t t) )還要寬。還要寬。由此可知，實(shí)時(shí)由此可知，實(shí)時(shí)取樣并不能解決示波器在觀測(cè)高頻信號(hào)時(shí)所遇到的頻帶限制的取樣并不能解決示波器在觀測(cè)高頻信號(hào)時(shí)所遇到的頻帶限制的困難。困難。 u ui i( (t t) )t tt tt tU Uo o( (t t) )圖圖6.46 6.46 取樣過(guò)程取樣過(guò)程(a)

27、(a) 輸入信號(hào)輸入信號(hào)(b) (b) 取樣門(mén)與取樣脈沖取樣門(mén)與取樣脈沖(c) (c) 取樣信號(hào)取樣信號(hào)U Uo o( (t t) )u ui i( (t t) )非實(shí)時(shí)取樣非實(shí)時(shí)取樣-不是在一個(gè)信號(hào)波形上完成全部取樣過(guò)程，而取不是在一個(gè)信號(hào)波形上完成全部取樣過(guò)程，而取樣點(diǎn)是分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位置，如圖樣點(diǎn)是分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位置，如圖6.476.47所示。所示。 條件：條件：周期信號(hào)周期信號(hào) 連綿不斷連綿不斷取樣點(diǎn)間隔：取樣點(diǎn)間隔： mt mt + n+ nt t左圖左圖 m m =1=1（每個(gè)（每個(gè)周期取一點(diǎn)）周期取一點(diǎn)）若若 mm= =1010, ,10001000則

28、波形展得更寬則波形展得更寬2.2.顯示信號(hào)的合成過(guò)程顯示信號(hào)的合成過(guò)程圖圖6.48 6.48 在屏幕上由取樣點(diǎn)合成信號(hào)波形的過(guò)程在屏幕上由取樣點(diǎn)合成信號(hào)波形的過(guò)程t tt tt tu ux xu uy yu uy yu u5 5u u1 1u u2 2u u3 3u u4 4兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電加什么樣的電壓呢壓呢? ? 因要經(jīng)過(guò)因要經(jīng)過(guò)mtmt+t t的停留時(shí)間，的停留時(shí)間，然后跳至下一然后跳至下一點(diǎn)?？梢?jiàn)點(diǎn)?？梢?jiàn)X X、Y Y偏轉(zhuǎn)板上都應(yīng)偏轉(zhuǎn)板上都應(yīng)該加階梯波該加階梯波6.5.26.5.2 取樣示波器的基本組成取樣示波器的基本組成Y Y通道的作用是在取樣脈沖的作用下，把通道

29、的作用是在取樣脈沖的作用下，把高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信號(hào)號(hào)。延長(zhǎng)電路起記憶作用，把每個(gè)取樣信號(hào)幅度記錄下來(lái)并。延長(zhǎng)電路起記憶作用，把每個(gè)取樣信號(hào)幅度記錄下來(lái)并展寬。水平系統(tǒng)的主要任務(wù)是產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生展寬。水平系統(tǒng)的主要任務(wù)是產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生 t t步進(jìn)延遲脈沖送步進(jìn)延遲脈沖送Y Y軸系統(tǒng)。軸系統(tǒng)。 6.5.36.5.3 取樣示波器的參數(shù)取樣示波器的參數(shù) 取樣示波器除具有通用示波器的性能指標(biāo)外，還具有其本身取樣示波器除具有通用示波器的性能指標(biāo)外，還具有其本身的技術(shù)參數(shù)。的技術(shù)參數(shù)。 1.1.取樣示波器的帶寬取樣示波器的帶寬 取樣示波器的帶寬主要決定于取樣示波器的

30、帶寬主要決定于取樣門(mén)（取樣門(mén)（技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵），因?yàn)?，因?yàn)楸粶y(cè)頻被測(cè)頻率越高，要求取樣脈沖越窄率越高，要求取樣脈沖越窄。當(dāng)取樣門(mén)所用元件工作頻率足夠高。當(dāng)取樣門(mén)所用元件工作頻率足夠高時(shí)，取樣門(mén)的時(shí)，取樣門(mén)的最高工作頻率與取樣脈沖底邊寬度最高工作頻率與取樣脈沖底邊寬度 成反比成反比。通常，。通常，取樣門(mén)最高工作頻率可表示為取樣門(mén)最高工作頻率可表示為 64. 044. 0BW（6.176.17） 2.2.取樣密度取樣密度 取樣密度是指屏幕在水平方向上顯示的被測(cè)信號(hào)每格對(duì)應(yīng)的取取樣密度是指屏幕在水平方向上顯示的被測(cè)信號(hào)每格對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)數(shù)，常用每厘米的亮點(diǎn)數(shù)表示。若取樣密度太低，顯示波樣點(diǎn)數(shù)，常用每

31、厘米的亮點(diǎn)數(shù)表示。若取樣密度太低，顯示波形會(huì)有閃爍現(xiàn)象。形會(huì)有閃爍現(xiàn)象。 3.3.等效掃描速度等效掃描速度 等效掃速定義為被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離比。等效掃速定義為被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離比。 應(yīng)當(dāng)指出，取樣示波器是荷蘭菲利浦（應(yīng)當(dāng)指出，取樣示波器是荷蘭菲利浦（PhilipsPhilips）公司最先研）公司最先研制成功的，制成功的，19691969年美國(guó)年美國(guó)HPHP公司也研制生產(chǎn)了取樣示波器，公司也研制生產(chǎn)了取樣示波器，帶寬已達(dá)帶寬已達(dá)18GHz18GHz，后來(lái)進(jìn)展緩慢，以至停產(chǎn)。其主要原因：，后來(lái)進(jìn)展緩慢，以至停產(chǎn)。其主要原因： 一是一是單純的取樣示波器只能觀測(cè)重復(fù)

32、性的周期信號(hào)，應(yīng)用范單純的取樣示波器只能觀測(cè)重復(fù)性的周期信號(hào)，應(yīng)用范圍受限圍受限； 二是二是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，已將數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，已將取樣技術(shù)融合到數(shù)字示波器中去了取樣技術(shù)融合到數(shù)字示波器中去了，現(xiàn)代數(shù)字示波器不僅可以觀測(cè)超高頻重復(fù)性的周期信號(hào)，還可現(xiàn)代數(shù)字示波器不僅可以觀測(cè)超高頻重復(fù)性的周期信號(hào)，還可以觀測(cè)瞬態(tài)的單次脈沖，并且還具有存儲(chǔ)功能。以觀測(cè)瞬態(tài)的單次脈沖，并且還具有存儲(chǔ)功能。 因此，現(xiàn)在市場(chǎng)上已因此，現(xiàn)在市場(chǎng)上已很少見(jiàn)單純的取樣示波器了很少見(jiàn)單純的取樣示波器了，但取樣示波，但取樣示波器技術(shù)為現(xiàn)代數(shù)字示波器奠定了良好的基礎(chǔ)。器技術(shù)為現(xiàn)代數(shù)字示波器奠定了良好的基礎(chǔ)。 6.66.6 數(shù)字示波

33、器數(shù)字示波器數(shù)字示波器通常稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字示波器通常稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(Digital Storage (Digital Storage OscilloscopeOscilloscope，縮寫(xiě)，縮寫(xiě) DSO)DSO)。 這類這類 4441 4441 型示波器，其實(shí)時(shí)帶寬為型示波器，其實(shí)時(shí)帶寬為2020或或40MHz40MHz，最大采樣，最大采樣率為率為10MS/s10MS/s或或25MS/s25MS/s。 6.6.1 6.6.1 數(shù)字示波器的組成原理數(shù)字示波器的組成原理 1.1.模擬模擬+ +數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器 輸入輸入放大器放大器同步同步放大放大邏輯控邏輯控制電路制電路Y Y

34、輸出輸出放大器放大器X X輸出輸出放大器放大器掃描掃描發(fā)生器發(fā)生器模擬模擬濾濾波波D /D /A AA/DA/DRAMRAM數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字輸入輸入Y Y圖圖6.50 6.50 模擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器框圖模擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器框圖模擬模擬顯示器顯示器2.2.單處理器數(shù)字示波器單處理器數(shù)字示波器 RAMRAMCPUCPUROMROMGPIBGPIBI/OI/OI/OI/OI/OI/OD/AD/AD/AD/AA/DA/DX XY Y放大放大放大放大觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)信號(hào)X X通道通道Y Y通道通道CRTCRT取樣門(mén)取樣門(mén)取樣通道取樣通道與保持與保持U Ux xU Uy y圖圖6.51 6.51 數(shù)字儲(chǔ)示波器框圖

35、數(shù)字儲(chǔ)示波器框圖被測(cè)信號(hào)被測(cè)信號(hào)u ui i其他其他命令命令或用軟件完成或用軟件完成t tU Ui iu us st tU U1 1s st tt tU Ux xt t鎖存及鎖存及D/AD/A變換變換讀出數(shù)字量讀出數(shù)字量A/DA/D變換及存儲(chǔ)變換及存儲(chǔ)存儲(chǔ)數(shù)字量存儲(chǔ)數(shù)字量圖圖6.53 6.53 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的讀出顯示過(guò)程數(shù)字存儲(chǔ)示波器的讀出顯示過(guò)程圖圖6.52 6.52 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣存儲(chǔ)過(guò)程RAMRAMA A0 0A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1

36、212地址地址DD0 0DD1 1D D2 2D D3 3DD1212D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D8 8DD9 9DD1010DD1111數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A A0 0A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1212地址地址DD0 0DD1 1DD2 2DD3 3DD1212DD4 4DD5 5DD6 6DD7 7DD8 8DD9 9DD1010DD1111數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RAMRAM3.3.多處理器數(shù)字示波器（用多處理器數(shù)字示波器（用HP54600HP54600系列示波器來(lái)說(shuō)明）系列

37、示波器來(lái)說(shuō)明）通道通道通道通道衰減器衰減器衰減器衰減器前置放大前置放大前置放大前置放大跟蹤保持跟蹤保持跟蹤保持跟蹤保持處理器處理器后置放大后置放大后置放大后置放大波波形形總總線線A/DA/DA/DA/D采集采集觸發(fā)比較器觸發(fā)比較器信號(hào)調(diào)整信號(hào)調(diào)整觸觸發(fā)發(fā)選選擇擇電源信號(hào)電源信號(hào)觸發(fā)電平觸發(fā)電平外觸發(fā)外觸發(fā)按鍵按鍵接口接口接口接口選擇選擇模擬模擬控制控制CPUCPUROMROMRAMRAMRAMRAM視頻視頻光柵掃描光柵掃描顯示器顯示器前置放大前置放大波形波形翻譯器翻譯器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器波形波形收發(fā)器收發(fā)器微處理器總線微處理器總線1 12 2圖圖6.54 HP546006.54 HP54600數(shù)字示

38、波器簡(jiǎn)化框圖數(shù)字示波器簡(jiǎn)化框圖圖中包含了圖中包含了三個(gè)處理器三個(gè)處理器（主處理器、采集處理器和波形翻譯器）（主處理器、采集處理器和波形翻譯器），現(xiàn)分四部分進(jìn)行介紹。，現(xiàn)分四部分進(jìn)行介紹。 1)1)模擬部分模擬部分這里的跟蹤保持電路的功能是在獲取采樣時(shí)凍結(jié)此刻的瞬息電這里的跟蹤保持電路的功能是在獲取采樣時(shí)凍結(jié)此刻的瞬息電壓，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便使壓，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便使A/DA/D能完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。能完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 2)2)采集處理器采集處理器使用使用隨機(jī)隨機(jī)- -重復(fù)采樣重復(fù)采樣，送入波形存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)放置點(diǎn)是經(jīng)過(guò)復(fù)雜，送入波形存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)放置點(diǎn)是經(jīng)過(guò)復(fù)雜計(jì)算的，采集處理器必須根據(jù)采樣與

39、觸發(fā)信號(hào)的相對(duì)關(guān)系來(lái)確計(jì)算的，采集處理器必須根據(jù)采樣與觸發(fā)信號(hào)的相對(duì)關(guān)系來(lái)確定它們的正確放置位置，以便定它們的正確放置位置，以便重構(gòu)波形重構(gòu)波形。該采集處理器使用了。該采集處理器使用了HPCMOSHPCMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以極高的速率處理采樣點(diǎn)的專用邏輯關(guān)系。技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以極高的速率處理采樣點(diǎn)的專用邏輯關(guān)系。 3)3)波形翻譯器波形翻譯器 波形翻譯器也是一個(gè)專用的處理器集成電路，將波形對(duì)應(yīng)的數(shù)波形翻譯器也是一個(gè)專用的處理器集成電路，將波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的據(jù)點(diǎn)相關(guān)的電壓和時(shí)間值翻譯成電壓和時(shí)間值翻譯成顯示器上的垂直和水平像素位顯示器上的垂直和水平像素位置，再將這些置，再將這些波形的像素位置波形的像素

40、位置對(duì)應(yīng)地送至像素存儲(chǔ)器。對(duì)應(yīng)地送至像素存儲(chǔ)器。 4)4)主微處理器主微處理器使用使用68000CPU68000CPU、ROMROM、RAMRAM的常規(guī)微處理器系統(tǒng)作為控制的常規(guī)微處理器系統(tǒng)作為控制示波器的硬件。示波器的硬件。由于采用了多處理器各負(fù)其責(zé)協(xié)同工作，使示波器性能大為改由于采用了多處理器各負(fù)其責(zé)協(xié)同工作，使示波器性能大為改善，其采樣率大大提高，尤其是顯示更新率可做到善，其采樣率大大提高，尤其是顯示更新率可做到1500000 1500000 點(diǎn)點(diǎn)/ /秒以上。秒以上。 力科力科（ LeCroy LeCroy ）的產(chǎn)品，更）的產(chǎn)品，更突出突出了了數(shù)字處理和軟件數(shù)字處理和軟件的功能。的功能

41、。 顯示顯示顯示處理器顯示處理器RAMRAM放大器放大器觸發(fā)器觸發(fā)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器采集采集A AB BC C數(shù)字處理器數(shù)字處理器連接到連接到計(jì)算機(jī)打印機(jī)計(jì)算機(jī)打印機(jī)的數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)總線協(xié)處理器協(xié)處理器操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件可存儲(chǔ)到可存儲(chǔ)到ICIC存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)卡軟盤(pán)軟盤(pán)硬盤(pán)硬盤(pán)輸入信號(hào)輸入信號(hào)4 4 存檔存檔1 1 采集采集3 3 測(cè)量與分析測(cè)量與分析2 2 顯示顯示圖圖6.55 LeCroy6.55 LeCroy數(shù)字示波器工作原理簡(jiǎn)圖數(shù)字示波器工作原理簡(jiǎn)圖6.6.2 6.6.2 信號(hào)的采集處理技術(shù)信號(hào)的采集處理技術(shù)1.1.早期數(shù)字示波器的缺點(diǎn)早期數(shù)字示波器的缺點(diǎn)1)1)屏幕更新率低屏幕更

42、新率低 更新率更新率是指每秒鐘在屏幕上描畫(huà)掃跡的次數(shù)，也稱是指每秒鐘在屏幕上描畫(huà)掃跡的次數(shù)，也稱波形捕獲率波形捕獲率，即即每秒可以捕獲的波形數(shù)目每秒可以捕獲的波形數(shù)目。 早期數(shù)字示波器不能像模擬示波器那樣進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，即不能早期數(shù)字示波器不能像模擬示波器那樣進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，即不能及時(shí)地反映被測(cè)信號(hào)的變化。這是由于它只有一個(gè)微處理器，及時(shí)地反映被測(cè)信號(hào)的變化。這是由于它只有一個(gè)微處理器，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)處理的要求。無(wú)法滿足實(shí)時(shí)處理的要求。 圖圖6.56 6.56 更新率低造成的信號(hào)丟失和改進(jìn)情況更新率低造成的信號(hào)丟失和改進(jìn)情況（a a）（b b）死 區(qū) 時(shí)死 區(qū) 時(shí)間間同時(shí)，更新率低造成顯示響應(yīng)慢，屏

43、幕上看到的不是正在發(fā)同時(shí)，更新率低造成顯示響應(yīng)慢，屏幕上看到的不是正在發(fā)生的波形，而是從存儲(chǔ)器里調(diào)出來(lái)的前幾個(gè)周期的波形，這生的波形，而是從存儲(chǔ)器里調(diào)出來(lái)的前幾個(gè)周期的波形，這對(duì)用示波器作監(jiān)視進(jìn)行電路調(diào)試帶來(lái)很多的不便。對(duì)用示波器作監(jiān)視進(jìn)行電路調(diào)試帶來(lái)很多的不便。 例：右圖調(diào)延遲時(shí)間例：右圖調(diào)延遲時(shí)間T T，要多次反復(fù)調(diào)整才行。要多次反復(fù)調(diào)整才行。 t tU U0 0t t1 1t t2 2t t3 3t t4 4T T試驗(yàn)示波器更新率試驗(yàn)示波器更新率是否滿足要求，一個(gè)簡(jiǎn)是否滿足要求，一個(gè)簡(jiǎn)便的方法是用函數(shù)發(fā)生器信號(hào)加到示波器便的方法是用函數(shù)發(fā)生器信號(hào)加到示波器上，快速更換波形（如上，快速更換

44、波形（如正弦波正弦波方波方波三三角波角波），看屏幕上是否能快速跟上變化。），看屏幕上是否能快速跟上變化。 為此，現(xiàn)代數(shù)字示波器在提高更新率上作了很大的改進(jìn)，如泰為此，現(xiàn)代數(shù)字示波器在提高更新率上作了很大的改進(jìn)，如泰克（克（TektronixTektronix）公司采用）公司采用InstaVuInstaVu技術(shù)已達(dá)到了技術(shù)已達(dá)到了400000W/S400000W/S（波形（波形/ / 秒）以上，可以做到秒）以上，可以做到“模擬示波器的感覺(jué)，數(shù)字示波器模擬示波器的感覺(jué)，數(shù)字示波器的性能的性能 的效果。的效果。 2)2)有混迭失真有混迭失真 混迭失真也稱頻混、假像，是數(shù)字示波器使用中要防止的現(xiàn)象?；?/p>

45、迭失真也稱頻混、假像，是數(shù)字示波器使用中要防止的現(xiàn)象。造成混迭失真的造成混迭失真的原因是欠采樣原因是欠采樣，采樣頻率太低，違背了奈奎斯，采樣頻率太低，違背了奈奎斯特取樣定理（取樣頻率必須高于信號(hào)最高頻率分量至少特取樣定理（取樣頻率必須高于信號(hào)最高頻率分量至少2 2倍以倍以上），即未采到足夠多的樣點(diǎn)來(lái)重構(gòu)波形，而造成的假象。上），即未采到足夠多的樣點(diǎn)來(lái)重構(gòu)波形，而造成的假象。 避免混迭失真的措施：避免混迭失真的措施： ( (a a) )( (b b) )A) A) 過(guò)采祥過(guò)采祥，即提高采樣速率，即提高采樣速率，在各種情況下都滿足奈奎斯在各種情況下都滿足奈奎斯特定理的要求；特定理的要求； B) B

46、) 峰值檢測(cè)峰值檢測(cè)（包絡(luò)檢測(cè)），（包絡(luò)檢測(cè)），以峰值作為基本的采樣點(diǎn)，以峰值作為基本的采樣點(diǎn)，再補(bǔ)上其它的采樣點(diǎn)，則不再補(bǔ)上其它的采樣點(diǎn)，則不會(huì)混迭失真。會(huì)混迭失真。 上述兩個(gè)缺點(diǎn)是現(xiàn)代上述兩個(gè)缺點(diǎn)是現(xiàn)代DSODSO設(shè)計(jì)和使用中要防止的問(wèn)題。設(shè)計(jì)和使用中要防止的問(wèn)題。 2.2.采樣方式采樣方式數(shù)字示波器的采樣方式有實(shí)時(shí)采樣和等效采樣數(shù)字示波器的采樣方式有實(shí)時(shí)采樣和等效采樣 ( (非實(shí)時(shí)采樣非實(shí)時(shí)采樣) ) ，等效采樣又可分為隨機(jī)采樣和順序采樣，如圖等效采樣又可分為隨機(jī)采樣和順序采樣，如圖6.586.58所示。所示。 1)1)實(shí)時(shí)采樣實(shí)時(shí)采樣 實(shí)時(shí)采樣是對(duì)每個(gè)采集周期的采樣點(diǎn)按時(shí)間順序進(jìn)行簡(jiǎn)單

47、的實(shí)時(shí)采樣是對(duì)每個(gè)采集周期的采樣點(diǎn)按時(shí)間順序進(jìn)行簡(jiǎn)單的排列就能表達(dá)一個(gè)波形，排列就能表達(dá)一個(gè)波形， 一個(gè)一個(gè)周期周期（a a）實(shí)時(shí)采樣）實(shí)時(shí)采樣2)2)隨機(jī)采樣隨機(jī)采樣 由于實(shí)時(shí)采樣由于實(shí)時(shí)采樣DSODSO要求采樣速率高，例如帶寬為要求采樣速率高，例如帶寬為100MHz100MHz就就要求要求A/DA/D器件的轉(zhuǎn)換速度不能低于器件的轉(zhuǎn)換速度不能低于400MS/s400MS/s，這樣高速的，這樣高速的A/DA/D和采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器價(jià)格都比較高。因而目前高帶寬并且和采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器價(jià)格都比較高。因而目前高帶寬并且記錄長(zhǎng)度長(zhǎng)的實(shí)時(shí)采樣記錄長(zhǎng)度長(zhǎng)的實(shí)時(shí)采樣DSODSO價(jià)格相當(dāng)昂貴。而實(shí)際上大多數(shù)價(jià)格相當(dāng)昂

48、貴。而實(shí)際上大多數(shù)測(cè)量的都是重復(fù)信號(hào)，測(cè)量的都是重復(fù)信號(hào)， 1 11 12 23 33 34 44 4（b b）隨機(jī)采樣）隨機(jī)采樣采樣周期采樣周期采樣周期采樣周期采樣周期采樣周期采樣周期采樣周期第一第一第二第二第三第三第四第四1 11 12 22 23 33 34 44 43)3)順序采樣順序采樣 順序采樣方式主要用于數(shù)字取樣示波器中，能以極低的采樣順序采樣方式主要用于數(shù)字取樣示波器中，能以極低的采樣速率（速率（100 kHz100 kHz200kHz200kHz）獲得極高的帶寬（高達(dá)）獲得極高的帶寬（高達(dá)50GHz50GHz），并且垂直分辨率一般在，并且垂直分辨率一般在10bit10bit以

49、上。由于這種示波器以上。由于這種示波器每個(gè)采每個(gè)采樣周期在波形上只取一個(gè)樣點(diǎn)樣周期在波形上只取一個(gè)樣點(diǎn)，如圖所示，每次延遲，如圖所示，每次延遲一個(gè)已知的一個(gè)已知的mt+nmt+n t t 時(shí)間，要想采集足夠多的樣點(diǎn)，則需要更長(zhǎng)的時(shí)間，要想采集足夠多的樣點(diǎn)，則需要更長(zhǎng)的時(shí)間才行。不能進(jìn)行單次捕捉和預(yù)觸發(fā)觀察也是它的缺點(diǎn)。時(shí)間才行。不能進(jìn)行單次捕捉和預(yù)觸發(fā)觀察也是它的缺點(diǎn)。 第一周期第一周期第二周期第二周期第三周期第三周期第第n周期周期 順序采樣順序采樣123n.mT+nmT+ntt3.3.采樣速率采樣速率采樣速率又稱作數(shù)字化速率，描述方式通常有：采樣速率又稱作數(shù)字化速率，描述方式通常有： 用采樣

50、次數(shù)來(lái)描述，表示用采樣次數(shù)來(lái)描述，表示單位時(shí)間內(nèi)采樣的次數(shù)單位時(shí)間內(nèi)采樣的次數(shù)。如。如20MS/s20MS/s（202010106 6次次/ /秒）。秒）。 用采樣頻率來(lái)描述，如用采樣頻率來(lái)描述，如20MHz20MHz。 用信息率來(lái)描述，表示每秒鐘儲(chǔ)存多少位（用信息率來(lái)描述，表示每秒鐘儲(chǔ)存多少位（bitbit）的數(shù)據(jù)。）的數(shù)據(jù)。如每秒鐘儲(chǔ)存如每秒鐘儲(chǔ)存160160兆位（兆位（160Mb/s160Mb/s）的數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)）的數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)8 8位位（8bit8bit）的）的A/DA/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，就相當(dāng)于轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，就相當(dāng)于20MS/s20MS/s的采樣率。的采樣率。 采樣速率高可以增大采樣速

51、率高可以增大DSODSO的帶寬的帶寬，但事實(shí)上，但事實(shí)上，DSODSO的采樣速的采樣速率還受到采集存儲(chǔ)器容量的限制，一般在不同掃速時(shí)，要求采率還受到采集存儲(chǔ)器容量的限制，一般在不同掃速時(shí)，要求采樣速率是不一樣的，防止采樣點(diǎn)過(guò)多而溢出采集存儲(chǔ)器樣速率是不一樣的，防止采樣點(diǎn)過(guò)多而溢出采集存儲(chǔ)器，其具，其具體定量關(guān)系見(jiàn)下述。體定量關(guān)系見(jiàn)下述。4.4.采集器件采集器件世界各大儀器公司都推出自已的高速世界各大儀器公司都推出自已的高速A/DA/D技術(shù)，有的轉(zhuǎn)換速技術(shù)，有的轉(zhuǎn)換速度已超過(guò)度已超過(guò)10GS/s10GS/s以上。當(dāng)前在以上。當(dāng)前在DSODSO中主要采用下面兩種類中主要采用下面兩種類型型A/DA/

52、D轉(zhuǎn)換技術(shù)。轉(zhuǎn)換技術(shù)。 1)1)并聯(lián)比較式并聯(lián)比較式 A/DA/D轉(zhuǎn)換器（也稱轉(zhuǎn)換器（也稱flashflash閃爍或瞬間式）閃爍或瞬間式） 并聯(lián)比較式并聯(lián)比較式 A/DA/D轉(zhuǎn)換器（及分級(jí)型和流水線式轉(zhuǎn)換器（及分級(jí)型和流水線式A/DA/D轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器）教材教材P198P198 2)CCD+A/D2)CCD+A/D技術(shù)技術(shù) 采用電荷耦合器件采用電荷耦合器件CCDCCD（Charge Couple DeviceCharge Couple Device）作高速模）作高速模擬存儲(chǔ)，然后再慢速進(jìn)行擬存儲(chǔ)，然后再慢速進(jìn)行A/DA/D數(shù)字化處理。這種數(shù)字化處理。這種CCD+A/DCCD+A/D組組合采集的

53、原理如圖合采集的原理如圖6.606.60所示。當(dāng)前這種所示。當(dāng)前這種單片模擬存儲(chǔ)單片模擬存儲(chǔ)ICIC的采樣的采樣速率可達(dá)速率可達(dá)2.5GS/s2.5GS/s，并且價(jià)格相對(duì)便宜。四片這樣的，并且價(jià)格相對(duì)便宜。四片這樣的ICIC交叉復(fù)交叉復(fù)用，可達(dá)到用，可達(dá)到10GS/s10GS/s。但是由于制造技術(shù)上的原因，這種。但是由于制造技術(shù)上的原因，這種DSODSO的記錄長(zhǎng)度有限。的記錄長(zhǎng)度有限。 兩路組合采集的原理兩路組合采集的原理 A/DA/D1 1A/DA/D2 2RAMRAM1 1RAMRAM2 2S Su ui i組合輸組合輸出數(shù)據(jù)出數(shù)據(jù)(a)(a)1.11.11.21.21.31.31.41.

54、41.51.52.12.12.22.22.32.32.42.4(b)(b)圖圖6.59 6.59 組合采集原理框圖組合采集原理框圖圖圖6.60 CCD+A/D6.60 CCD+A/D組合采集原理圖組合采集原理圖Y YA A順序取樣順序取樣Y YB B順序取樣順序取樣通道轉(zhuǎn)換器通道轉(zhuǎn)換器通道轉(zhuǎn)換器通道轉(zhuǎn)換器A AB BCCDCCDA/DA/DRAMRAMu uiAiAu uiBiB5.5.采樣存儲(chǔ)器采樣存儲(chǔ)器 第第(n-2)(n-2)次采樣次采樣圖圖6.61 6.61 采樣存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)形式采樣存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)形式最末采樣最末采樣次末采樣次末采樣第第n n次采樣次采樣第第(n-1)(n-1)次采樣次采

55、樣 要高速存儲(chǔ)器要高速存儲(chǔ)器：在：在DSODSO中每個(gè)新獲取的采樣數(shù)據(jù)都必須立中每個(gè)新獲取的采樣數(shù)據(jù)都必須立即存入采樣存儲(chǔ)器，因此它必須具有與采樣速率同步的連續(xù)即存入采樣存儲(chǔ)器，因此它必須具有與采樣速率同步的連續(xù)接收數(shù)據(jù)的能力。接收數(shù)據(jù)的能力。 采用循環(huán)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)采用循環(huán)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：采樣存：采樣存儲(chǔ)器具有循環(huán)存儲(chǔ)功能。先進(jìn)儲(chǔ)器具有循環(huán)存儲(chǔ)功能。先進(jìn)先出，總是存放有最新的先出，總是存放有最新的n nmm個(gè)個(gè)采樣數(shù)據(jù)。采樣數(shù)據(jù)。 預(yù)采樣預(yù)采樣：采用循環(huán)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，：采用循環(huán)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要是為了能觀測(cè)觸發(fā)之前的主要是為了能觀測(cè)觸發(fā)之前的波形情況，采樣過(guò)程必須預(yù)先波形情況，采樣過(guò)程必須預(yù)先進(jìn)行，一開(kāi)機(jī)就不斷

56、地采樣。進(jìn)行，一開(kāi)機(jī)就不斷地采樣。 6.6.觸發(fā)功能觸發(fā)功能“觸發(fā)觸發(fā)”的概念來(lái)自模擬示波器，只能觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的波形。的概念來(lái)自模擬示波器，只能觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的波形。 在在DSODSO中也沿用中也沿用“觸發(fā)觸發(fā)”叫法，設(shè)置了觸發(fā)功能。但這里叫法，設(shè)置了觸發(fā)功能。但這里觸發(fā)觸發(fā) 信號(hào)只是在采樣存儲(chǔ)器選取信號(hào)的一種標(biāo)志，以便可以靈活地信號(hào)只是在采樣存儲(chǔ)器選取信號(hào)的一種標(biāo)志，以便可以靈活地 選取選取采樣存儲(chǔ)器中某部分的采樣存儲(chǔ)器中某部分的波形波形送至送至顯示窗口顯示窗口。 圖圖6.626.62中是觀測(cè)振蕩中是觀測(cè)振蕩器起振的過(guò)程，選擇器起振的過(guò)程，選擇觸發(fā)電平介于零和穩(wěn)觸發(fā)電平介于零和穩(wěn)定振幅之間

57、的某一數(shù)定振幅之間的某一數(shù)值 ， 觸 發(fā) 極 性 選 正值 ， 觸 發(fā) 極 性 選 正（上升沿），（上升沿），負(fù)延遲負(fù)延遲5 5格格，則可在屏幕上，則可在屏幕上同時(shí)看到觸發(fā)前后的同時(shí)看到觸發(fā)前后的情況，即顯示了從起情況，即顯示了從起振到穩(wěn)定的全過(guò)程。振到穩(wěn)定的全過(guò)程。顯示窗口顯示窗口正延遲正延遲負(fù)延遲負(fù)延遲圖圖6.62 6.62 觸發(fā)功能示意圖觸發(fā)功能示意圖觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)正延時(shí)正延時(shí) 是指可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的被測(cè)信號(hào)；是指可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的被測(cè)信號(hào)；負(fù)延時(shí)負(fù)延時(shí) 可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)之前的信號(hào)。距離觸發(fā)點(diǎn)的延遲時(shí)間可以觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)之前的信號(hào)。距離觸發(fā)點(diǎn)的延遲時(shí)間可由程序設(shè)定，給波形分析帶來(lái)很大方便?？?/p>

58、由程序設(shè)定，給波形分析帶來(lái)很大方便。 尖峰干擾尖峰干擾圖圖6.63 6.63 毛剌觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波毛剌觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波形形觸發(fā)源選擇：內(nèi)觸發(fā)觸發(fā)源選擇：內(nèi)觸發(fā)( (可分別由通道可分別由通道1 1或通道或通道2 2觸發(fā)觸發(fā)) )、外觸發(fā)、外觸發(fā)、交流電源觸發(fā)等。交流電源觸發(fā)等。 觸發(fā)模式選擇：自動(dòng)、正態(tài)、單次等。觸發(fā)模式選擇：自動(dòng)、正態(tài)、單次等。觸發(fā)類型：邊緣觸發(fā)、視頻觸發(fā)、脈沖觸發(fā)、觸發(fā)類型：邊緣觸發(fā)、視頻觸發(fā)、脈沖觸發(fā)、延遲觸發(fā)延遲觸發(fā)及及毛刺毛刺觸發(fā)觸發(fā)等。等。延遲觸發(fā)功能也是延遲觸發(fā)功能也是DSODSO檢測(cè)故障的一種手段，可以設(shè)法利用故檢測(cè)故障的一種手段，可以設(shè)法利用故障形成觸發(fā)

59、信號(hào)，利用負(fù)延遲恰好能看到故障發(fā)生前后的情況。障形成觸發(fā)信號(hào)，利用負(fù)延遲恰好能看到故障發(fā)生前后的情況。 圖圖6.636.63給出了毛刺觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波形。有的給出了毛刺觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波形。有的DSODSO可捕捉可捕捉0.6ns0.6ns的毛刺。的毛刺。 觸發(fā)類型觸發(fā)類型原原 理理用用 途途邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)在輸入信號(hào)邊沿的觸發(fā)某閾值上觸在輸入信號(hào)邊沿的觸發(fā)某閾值上觸發(fā)發(fā)保證周期性信號(hào)具有穩(wěn)定重復(fù)的起保證周期性信號(hào)具有穩(wěn)定重復(fù)的起點(diǎn)點(diǎn)延遲觸發(fā)延遲觸發(fā)在邊沿觸發(fā)點(diǎn)處增加正在邊沿觸發(fā)點(diǎn)處增加正/負(fù)延遲調(diào)節(jié)負(fù)延遲調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)觸發(fā)點(diǎn)在屏幕上出現(xiàn)的位置調(diào)節(jié)觸發(fā)點(diǎn)在屏幕上出現(xiàn)的位置脈寬觸發(fā)脈寬觸發(fā)根據(jù)脈沖

60、的寬度來(lái)確定觸發(fā)時(shí)刻根據(jù)脈沖的寬度來(lái)確定觸發(fā)時(shí)刻捕捉異常脈寬信號(hào)捕捉異常脈寬信號(hào)斜率觸發(fā)斜率觸發(fā)依據(jù)信號(hào)的上升依據(jù)信號(hào)的上升/下降時(shí)間來(lái)判斷下降時(shí)間來(lái)判斷捕獲上升邊沿異常斜率信號(hào)捕獲上升邊沿異常斜率信號(hào)視頻觸發(fā)視頻觸發(fā)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)進(jìn)行任意行或場(chǎng)觸對(duì)標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)進(jìn)行任意行或場(chǎng)觸發(fā)發(fā)檢測(cè)電視信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)電視信號(hào)質(zhì)量交替觸發(fā)交替觸發(fā)對(duì)兩路信號(hào)采用不同的時(shí)基，不同對(duì)兩路信號(hào)采用不同的時(shí)基，不同的觸發(fā)方式，以穩(wěn)定顯示兩路信號(hào)。的觸發(fā)方式，以穩(wěn)定顯示兩路信號(hào)。當(dāng)兩路信號(hào)中有一路信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)當(dāng)兩路信號(hào)中有一路信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)采用采用碼型觸發(fā)碼型觸發(fā)對(duì)數(shù)字信號(hào)的特殊碼型作為觸發(fā)判對(duì)數(shù)字信號(hào)的特殊碼型作為觸發(fā)判決